金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積制備技術(shù)

本書系統(tǒng)闡述了脈沖電沉積技術(shù)及理論研究的相關(guān)進展，考察了電解液組成、工藝條件及脈沖參數(shù)對CeO2、SiO2顆粒增強Ni-W-P基納米復(fù)合材料脈沖電沉積過程的影響，進行了制備過程的成分設(shè)計優(yōu)化、動力學優(yōu)化和過程優(yōu)化，探討了材料形成的熱力學條件和雙脈沖電沉積機理，考察了金屬基納米復(fù)合材料的晶化過程、界面結(jié)合方式，以及腐蝕過程和氧化過程的動力學規(guī)律和機理，探明了材料組元之間的相互作用機制，展望了金屬基納米復(fù)合材料的應(yīng)用前景。

本書適用于從事新材料制備、金屬表面處理、金屬腐蝕與防護、電化學、冶金、機械、化工、電子及航天航空等領(lǐng)域科研和生產(chǎn)的技術(shù)人員以及高等院校的師生閱讀和參考。

全書分九章，第一章為概述，第二章為實驗及研究方法，第三章為電解液組成和工藝條件對金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積的影響，第四章為脈沖參數(shù)對金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積的影響，第五章為脈沖電沉積過程的初期生長行為及沉積機理，第六章為金屬基納米復(fù)合材料的晶化過程及界面結(jié)合方式，第七章為金屬基納米復(fù)合材料料的顯微硬度及磨損性能，第八章為金屬基納米復(fù)合材料高溫氧化和化學腐蝕行為及機理，第九章為金屬基納米復(fù)合材料性能比較及應(yīng)用前景分析。

1 概論

1.1 概述

1.2 合金電沉積的條件及類型

1.2.1 合金電沉積的條件

1.2.2 合金電沉積的類型

1.3 電沉積法制備金屬基復(fù)合材料的國內(nèi)外研究進展

1.3.1 高硬度、耐磨金屬基復(fù)合材料

1.3.2 耐蝕金屬基復(fù)合材料

1.3.3 自潤滑金屬基復(fù)合材料

1.3.4 電催化活性金屬基復(fù)合材料

1.3.5 電接觸功能金屬基復(fù)合材料

1.4 脈沖電沉積技術(shù)的研究進展

1.4.1 脈沖電沉積設(shè)備的狀況

1.4.2 脈沖電沉積工藝的進展

1.5 復(fù)合電沉積機理的研究進展

1.6 描述復(fù)合電沉積過程的數(shù)學模型

1.6.1 Guglielmi模型

1.6.2 MTM模型

1.6.3 Valdes模型

1.6.4 運動軌跡模型

1.6.5 Hwang模型

1.6.6 Yeh和Wan模型

1.6.7 其他機理及模型

2 實驗及研究方法

2.1 電解液組成及工藝條件

2.2 實驗設(shè)備及參數(shù)

2.2.1 智能多脈沖電源的特點

2.2.2 智能多脈沖電源的輸出參數(shù)

2.2.3 智能多脈沖電源輸出的波形及參數(shù)計算

2.3 工藝流程

2.4 分析及測試方法

3 電解液組成和工藝條件對金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積的影響

3.1 實驗設(shè)備及參數(shù)

3.2 電解液組成對金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積的影響

3.2.1 硫酸鎳濃度的影響

3.2.2 檸檬酸濃度的影響

3.2.3 鎢酸鈉濃度的影響

3.2.4 次磷酸鈉濃度的影響

3.2.5 n-SiO2顆粒濃度的影響

3.2.6 n-CeO2顆粒濃度的影響

3.2.7 表面活性劑的影響

3.3 工藝條件對金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積的影響

3.3.1 電解液pH值的影響

3.3.2 電解液溫度的影響

3.3.3 機械攪拌速度的影響

3.3.4 超聲功率的影響

3.4 小結(jié)

4 脈沖參數(shù)對金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積的影響

4.1 單脈沖參數(shù)對金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積的影響

4.1.1 單脈沖導通時間的影響

4.1.2 單脈沖關(guān)斷時間的影響

4.1.3 單脈沖峰值電流密度的影響

4.1.4 單脈沖占空比的影響

4.2 雙脈沖參數(shù)對金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積的影響

4.2.1 正向脈沖占空比的影響

4.2.2 反向脈沖占空比的影響

4.2.3 正向脈沖工作時間的影響

4.2.4 反向脈沖工作時間的影響

4.2.5 正向脈沖平均電流密度的影響

4.2.6 反向脈沖平均電流密度的影響

4.3 小結(jié)

5 脈沖電沉積過程的初期生長行為及沉積機理

5.1 脈沖電沉積過程的初期生長行為

5.1.1 電化學拋光工藝

5.1.2 金相腐蝕工藝

5.1.3 不同脈沖電沉積時間下的成分分析

5.1.4 不同脈沖電沉積時間下的表面形貌

5.2 脈沖電沉積機理

5.2.1 復(fù)合電沉積的熱力學分析

5.2.2 電解液體系對脈沖復(fù)合電沉積的影響

5.2.3 脈沖工藝對脈沖復(fù)合電沉積的影響

5.2.4 納米顆粒對脈沖復(fù)合電沉積的影響

5.2.5 雙脈沖電沉積機理

5.3 小結(jié)

6 金屬基納米復(fù)合材料的晶化過程及界面結(jié)合方式

6.1 晶化過程

6.1.1 相結(jié)構(gòu)分析

6.1.2 結(jié)晶度分析

6.1.3 晶粒尺寸分析

6.2 界面顯微結(jié)構(gòu)、元素分布及界面結(jié)合方式

6.2.1 界面顯微結(jié)構(gòu)分析

6.2.2 界面元素分布及界面結(jié)合方式

6.2.3 界面元素Kα電子分布圖

6.3 小結(jié)

7 金屬基納米復(fù)合材料的顯微硬度及磨損性能

7.1 顯微硬度分析

7.2 磨損性能分析

7.3 小結(jié)

8 金屬基納米復(fù)合材料高溫氧化和化學腐蝕行為及機理

8.1 氧化過程的動力學特征

8.1.1 氧化增重率與氧化溫度的動力學特征曲線

8.1.2 氧化增重率與氧化時間的動力學特征曲線

8.1.3 氧化形貌特征分析

8.1.4 氧化機理探討

8.2 腐蝕過程的動力學特征研究

8.2.1 腐蝕速率分析

8.2.2 腐蝕形貌特征分析

8.2.3 耐腐蝕性能分析

8.2.4 腐蝕機理探討

8.3 小結(jié)

9 金屬基納米復(fù)合材料性能比較及應(yīng)用前景分析

9.1 金屬基納米復(fù)合材料的性能比較

9.1.1 電沉積方式對金屬基納米復(fù)合材料性能的影響

9.1.2 脈沖電沉積金屬基納米復(fù)合材料與硬鉻技術(shù)的比較

9.1.3 金屬基復(fù)合材料之間的性能對比

9.2 金屬基納米復(fù)合材料的應(yīng)用前景分析

9.3 小結(jié)

參考文獻

關(guān)鍵詞：金屬復(fù)合材料納米材料電沉積制備

分類： 工業(yè)技術(shù)

脈沖電沉積過程中，除可以選擇不同的電流波形外，還有三個獨立的參數(shù)可調(diào)， 即脈沖電流密度、脈沖導通時間和脈沖關(guān)斷時間。

采用脈沖電沉積時，當給一個脈沖電流后，陰極-溶液界面處消耗的沉積離子可在脈沖間隔內(nèi)得到補充，因而可采用較高的峰值電流密度，得到的晶粒尺寸比直流電沉積的小。此外，采用脈沖電流時由于脈沖間隔的存在，使增長的晶體受到阻礙，減少了外延生長，生長的趨勢也發(fā)生改變，從而不易形成粗大的晶體。電沉積納米晶較多采用脈沖電沉積法，所用脈沖電流的波形一般為矩形波。

脈沖電沉積與直流電沉積相比，更容易得到納米晶鍍層。脈沖電沉積可通過控制波形、頻率、通斷比及平均電流密度等參數(shù)，從而可以獲得具有特殊性能的納米鍍層。

內(nèi)容簡介

《金屬基納米復(fù)合材料脈沖電沉積制備技術(shù)》系統(tǒng)闡述了脈沖電沉積技術(shù)及理論研究的相關(guān)進展，考察了電解液組成、工藝條件及脈沖參數(shù)對CaO2、SiO2顆粒增強Ni-w-P基納米復(fù)合材料脈沖電沉積過程的影響，進行了制備過程的成分設(shè)計優(yōu)化、動力學優(yōu)化和過程優(yōu)化，探討了材料形成的熱力學條件和雙脈沖電沉積機理，考察了金屬基納米復(fù)合材料的晶化過程、界面結(jié)合方式，以及腐蝕過程和氧化過程的動力學規(guī)律和機理，探明了材料組元之間的相互作用機制，展望了金屬基納米復(fù)合材料的應(yīng)用前景。

根據(jù)電結(jié)晶理論和彌散強化理論，充分利用脈沖電沉積的技術(shù)優(yōu)勢和材料多元復(fù)合的協(xié)同優(yōu)勢，在普通碳鋼表面制備具有均勻穩(wěn)定顯微組織、較高顯微硬度、較好耐磨、耐腐蝕和抗高溫氧化性的Ni-W-P/CeO2-SiO2顆粒增強金屬基納米復(fù)合材料；進行脈沖電沉積制備過程的成分設(shè)計優(yōu)化、動力學優(yōu)化(速率、機理)和過程優(yōu)化(裝置、條件)；進行脈沖電沉積過程的初期行為和生長過程，晶粒生長過程的織構(gòu)、擇優(yōu)取向、納米顆粒與基質(zhì)金屬間的相互作用以及金屬基納米復(fù)合材料與基體金屬的界面結(jié)合方式等共性基礎(chǔ)理論創(chuàng)新研究；最后進行腐蝕過程動力學和氧化過程動力學規(guī)律及機理研究；獲得正面結(jié)果后，開發(fā)和建立工藝及設(shè)備優(yōu)化配置的實驗室水平的連續(xù)制備技術(shù)體系；研究工作對突破傳統(tǒng)復(fù)合電沉積基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用技術(shù)中的瓶頸，提升化工、冶金及機械等設(shè)備零部件的裝備水平，實現(xiàn)制備過程高效、節(jié)能和環(huán)境友好均具有較好的理論研究意義和實際研究價值。